Xem mẫu
- ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM
PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM MỚI
CHUYÊN ĐỀ:
PHÁT TRIỂN VÀ THƯƠNG MẠI HÓA VI TẢO
DỰA TRÊN LIPIT CHỨC NĂNG
HỌC VIÊN: Nguyễn Văn Tuấn
Trần Thị Thùy Linh
- NỘI DUNG
Mở Đầu
I.
Nội Dung
II.
Công nghệ sản xuất Lipid vi tảo
1.
Thành phần sinh khối của vi tảo
2.
Các đặc tính của Lipid vi tảo
3.
Tính an toàn của phương pháp nghiên cứu vi
4.
tảo
Ứng dụng
5.
Kết Luận
III.
- I. Mở ĐầU
Việt Nam có trên 3200 km bờ biển với một nguồn sinh vật biển
nhiệt đới rất đa dạng và phong phú về thành phần loài và giàu
các hợp chất tự nhiên có thể ứng dụng trong công nghiệp thực
phẩm, nông nghiệp, y dược.... Trong đó các loài vi tảo biển là
nguồn sinh khối sơ cấp quan trọng trong chuỗi thức ăn biển
đồng thời chúng cũng chứa nhiều hợp chất quan trọng cho con
người và động vật nuôi như: các loại sắc tố, vitamin, khoáng
chất, protein, các loại axit béo không bão hoà...
Việc sản xuất giống các đối tượng thuỷ hải sản có giá trị kinh
tế phát triển mạnh mẽ, vấn đề được đặt ra là tìm kiếm những
loài vi tảo biển mới có giá trị dinh dưỡng cao đồng thời có thể
sản xuất thương mại ổn định phục vụ nhu cầu sản xuất giống
thuỷ hải sản cũng như các ứng dụng khác trong đời sống của
con người là hết sức cần thiết.
- II. NộI DUNG
Công nghệ sản xuất Lipid vi tảo
1.
Fermentation
The integrated process Harvesting
Industrial production
of microalgal lipids
Extraction and refining
Cell disruption
- FERMENTATION
Labyrinthula, Schizochytrium – loại vi tảo biển dị dưỡng
mới, giàu hàm lượng PUFA (Polyunsaturated Fatty Acid )
chủ yếu là EPA, DHA và DPA, cao hơn chục lần so với
bất cứ một loài vi sinh vật và tảo biển khác hiện đã và
đang được biết đến ở Việt Nam (Hoàng Lan Anh và CS,
2005, Nguyễn Đình Hưng và cs, 2007) cũng mới chỉ được
tiến hành nghiên cứu tại phòng Công nghệ Tảo, Viện Công
nghệ sinh học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam từ
năm 2005.
C. cohnii và Schizochytrium sp. được trồng bằng cách lên
men dị dưỡng. Sự lên men dị dưỡng là độc lập của ánh
sáng và xảy ra phản ứng sinh học. Hơn nữa lợi ích của quá
trình lên men dị dưỡng bao gồm nồng độ sinh khối cao
hơn, khả năng tái gia tăng và đơn giản quy mô của các quá
trình lên men.
- FERMENTATION
Các DHA tiềm năng sản xuất công nghiệp của các vi tảo
chủ yếu phụ thuộc vào việc lựa chọn dòng chính cho sản
lượng axit béo, thành phần, khả năng thích ứng với các nồi
lên men.
Khi vi tảo được đánh giá cao môi trường phụ thuộc và tổng
hợp các acid béo, đặc biệt là PUFA, chịu ảnh hưởng bởi
nhiều thông số, như tuổi của vùng, độ mặn, thành phần
trung bình, nhiệt độ và thông khí, một quá trình lên men hiệu
quả nên được thành lập thông qua điều tra có hệ thống về
ảnh hưởng của điều kiện dinh dưỡng và môi trường khác
nhau và sử dụng các tế bào khác nhau cao mật độ chiến lược
cho sự phát triển và sản xuất DHA của vi tảo được lựa
chọn. Các chủng sản xuất có thể được chọn cho sự tăng
trưởng nhanh và mức độ cao của sản xuất của các loại dầu
cụ thể
- FERMENTATION
Ngay khi khởi đầu của một quá trình sản xuất, các ống chứa
riêng lẻ từ một nguồn giống sẽ được sử dụng để cấy lắc
vào các bình định mức. Các phương tiện được sử dụng để
phát triển C. cohnii và Schizochytrium sp. từ bình lắc được
đem nuôi cấy với quy mô sản xuất có chứa một nguồn
carbon, nguồn nitơ, muối và một số vi chất dinh dưỡng khác.
Trong suốt quá trình này, nồng độ của các chất chứa carbon,
pH, nhiệt độ áp lực, luồng không khí, chế độ rung lắc và oxy
hòa tan thường xuyên theo dõi và kiểm soát.
Trong giai đoạn cuối của quá trình lên men, các sản phẩm sẽ
được chuyển qua bồn dự trữ và được chuẩn bị cho việc thu
hoạch tiếp theo.
- HARVESTING
Khâu cuối của xử lý vi tảo giàu DHA liên quan đến một hoặc
nhiều kỹ thuật tách rắn lỏng. Khi kết thúc quá trình lên men,
sinh khối có thể cần phải được ngăn cách với môi trường
nuôi cấy qua ly tâm, lắng, lọc hoặc keo tụ.
Ly tâm:
Ly tâm thường được coi là phương pháp thu hoạch ưa thích
của vi tảo. Một máy ly tâm là một phần của thiết bị, nói
chung thúc đẩy bởi một động cơ, trong đó đặt một đối tượng
trong xoay quanh một trục cố định, áp dụng vũ lực để vuông
góc trục. Ly tâm là một quá trình có liên quan đến việc sử
dụng lực lượng hướng tâm cho việc tách các hỗn hợp, được
sử dụng trong công nghiệp và trong các thiết lập phòng thí
nghiệm
- HARVESTING
Lọc :
Lọc là một hoạt động cơ học, được sử dụng cho việc tách
chất rắn ra khỏi chất lỏng trong một dung môi, một phương
tiện trong dòng chảy thông qua đó các chất lỏng có thể vượt
qua, nhưng trong đó các chất rắn trong chất lỏng được giữ
lại. Mức độ chia sẽ phụ thuộc vào kích thước lỗ chân lọc và
nồng độ của môi trường, cũng như các cơ chế xảy ra trong
quá trình lọc.
Màng vi lọc và siêu lọc được lựa chọn thay thế có thể lọc
thông thường cho việc phục hồi sinh khối microalgal(vi tảo).
Vi lọc có thể thích hợp cho việc phục hồi của các tế bào
mỏng manh. Tuy nhiên, để sản xuất quy mô lớn của sinh
khối tảo, công nghệ màng lọc có thể không là một quá trình
- HARVESTING
Sấy phun khô:
Đây là phương pháp phổ biến được dùng trong công nghệ thực
phẩm, hơi nước trong sản phẩm được thông qua quá trình sấy
được tách ra khỏi sản phẩm và quá trình sấy khô đạt đ ến đ ược
độ ẩm mong muốn.
Máy sấy phun có thể làm khô một sản phẩm rất nhanh chóng so
với các phương pháp khác sấy khô thông thường khác . Nhiệt độ
tương đối cao là cần thiết cho hoạt động sấy phun. Tuy nhiên,
nhiệt thiệt hại cho các sản phẩm thông thường chỉ nhẹ, do tác
dụng làm mát bay hơi trong thời gian làm khô rất quan tr ọng, và
bởi vì thời gian tiếp theo của việc tiếp xúc với nhiệt đ ộ cao c ủa
vật liệu khô có thể là rất ngắn. Nhiệt độ bề mặt điển hình của
một hạt trong giai đoạn làm khô không đổi là tương đối thấp (45-
50 ◦ C). Vì lý do này, nó có thể phun khô ứng dụng một số tảo mà
không phá hủy các sinh vật.
- HARVESTING
Sấy đông khô:
Máy này được xây dựng trên nguyên lý ướp lạnh và làm khô
chân không. Một chu kỳ sấy gồm ba giai đoạn: làm lạnh, làm
khô và giai đoạn chính sấy khô. Điều kiện vào máy sấy rất
đa dạng thông qua các chu kỳ để đảm bảo rằng các kết quả
mong muốn sản phẩm có tính chất vật lý và hóa học, và sự
ổn định cần đạt được.
- CELL DISRUPTION
Mục tiêu của sự phá vỡ tế bào là (a) hòa tan số chất tối đa
của sản phẩm hiện diện trong tế bào trong khi duy trì tối ưu
hoạt động sinh học, (b) tránh sự thay đổi thứ cấp của sản
phẩm và (c) hạn chế các tác động có hại của sự gián đoạn
về việc xử lý các bước tiếp theo.
Phương pháp lựa chọn cho sự phá vỡ tế bào quy mô lớn sẽ
khác nhau trong mọi trường hợp, nhưng sẽ phụ thuộc vào (a)
tính nhạy cảm của các tế bào để gián đoạn, (b)ổn định sản
phẩm, (c)dễ dàng khai thác từ các mảnh vụn tế bào, (d)tốc
độ của phương pháp và(e)chi phí của phương pháp. Bất
chấp phương pháp khác, quá trình thực hiện phải được hiệu
quả và các sản phẩm phải ở lại trong một hình thức hoạt
động.
- EXTRACTION AND REFINING
Các phương pháp khai thác phải được tiến hành nhanh chóng,
hiệu quả và nhẹ nhàng để giảm sự xuống cấp của chất béo
microalgal(vi tảo). Các dung môi chiết xuất nên không tốn
kém, dễ bay hơi, không có hợp chất độc hại, có thể hình
thành một hệ thống hai pha với nước, và dễ tách các thành
phần không mong muốn.
Dầu tinh chế sau đó được tẩy trắng, một quá trình mà trong
đó acid citric, silic hoạt tính và đất sét tẩy trắng được thêm
vào để hấp thụ bất kỳ còn lại vật liệu cực và kim loại nặng,
và để chống quá trình oxy hóa lipid. Tiếp theo, dầu đã được
khử mùi. Các dầu đã khử mùi là pha loãng với dầu hướng
dương cao oleic để mang lại mức độ DHA để một chuẩn
công nghiệp là 40%. Dầu sau đó được ổn định bằng cách
thêm chất chống oxy hóa, chủ yếu là ascorbyl palmitate và
tocopherols. Dầu cuối cùng là đóng gói trong các thùng chứa
nitơ thanh lọc và lưu trữ đông lạnh cho đến khi xuất hàng.
- THE INTEGRATED PROCESS
Thành công phát triển và thương mại hóa các vi tảo dựa trên
lipid chức năng dựa vào hoạt động đáp ứng cả hai và cần đổi
mới. Thách thức thông thường là làm thế nào để hoạt động
hiệu quả trong hiện tại trong khi cũng có hiệu quả đổi mới
cho tương lai.
Một ví dụ của một quá trình tích hợp được đưa ra trong Hình
10.2, trong đó cho thấy hoạt động của đơn vị chính để sản
xuất dầu tảo. Biến thể khác nhau cho quá trình này có thể
hiện được khả thi và sự lựa chọn thường là dựa trên chi phí
(cả vốn và điều hành), an toàn, chất lượng và tốc độ.
- 2. THÀNH PHẦN SINH KHỐI CỦA VI TẢO
Table 10.3 Proximate compositions of Schizochytrium sp. and C. cohnii whole cell
microalgae produced ả phân tích gầprocess thực hiện trên vi tảo khô từ
Kết qu via fermentation n đúng
cohnii và Schizochytrium sp. được báo cáo trong Bảng 10.3.
Dầu thô chất béo (40-66%) và protein (20-23%) là những
Parameter (%) Schizochytrium sp. C. cohnii
thành phần chủ yếu của vi tảo khô, với số lượng nhỏ của tro
Moisture 4,0%), chất xơ thô (2,0-5,8%) và độ ẩm (~ 3,0%). DHA nội
(~ 3.0 2.7
phân tử, tính theo trọng lượng khô, trong toàn bộ tế bào vi tảo
Ash từ C. cohnii và Schizochytrium sp. bao gồm 20,4-21,0% của
4.0 3.9
các tế bào. Lipid lớp thành phần của vi tảo khô từ
Crude protein 20.0 23.1
Schizochytrium sp. được xác định bằng chiết xuất lipid thô từ
các tế bào và cất phân đoạn thành các thành phần lớp lipid
Total lipids 66.0 40.0
khác nhau. TAG đại diện cho lớp lipid phần chính trong chất
Crude fiber content chiếm 90-92% của tổng số lipid thô. Số lượng nhỏ
béo thô, 2.0 5.8
của este sterol acid béo (0,4%), diacylglycerols (1%), sterol tự
do (1%) và các axit béo tự do (0,1%) đã được hiện diện trong
DHA (dry weight basis) thô phân 21.0 từ Schizochytrium sp. Carotene- được
phần lipid lập 20.4
xác định là hiện tại carotenoid chính trong lipid thô.
- 3. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA LIPIT VI TẢO
DHASCO oil, sản xuất bởi Công ty Cổ phần Sinh học
Martek, được chiết xuất từ biển các microalgal loài C. cohnii.
Sản phẩm cuối cùng chứa khoảng 40% (w / w) DHA. Đó là
một sản phẩm lỏng dầu, đó là màu vàng cam trong màu do sự
khai thác hợp tác của các sắc tố carotene. Sản phẩm cuối
cùng chứa khoảng TAG 95%, với một số diacylglycerols và
vật chất không xà phòng hóa, như là điển hình cho tất cả các
loại dầu thực vật thực phẩm cấp.
Khoảng 45% của DHA có trong dầu tảo được đặt ở vị trí sn-
2 của các phân tử TAG (Myher et al. 1996). Cơ cấu TAG dầu
tảo gần giống với sữa mẹ, đối với sự phân bố vị trí của DHA
trong TAG. Martin et al. (1993) báo cáo rằng trong sữa mẹ
khoảng 50-60% của DHA là ưu tiên este hóa ở vị trí sn-2 của
các TAG. Như vậy, tiêu hóa và hấp thụ DHA trong dầu tảo
dự kiến sẽ được tương tự như của chất béo DHA trong sữa
mẹ.
- 3. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA LIPIT VI TẢO
DHASCO-S oil là TAG dầu, chiết xuất từ các Schizochytrium
sp., mà là để làm giàu. Khoảng 40% (w / w) trong DHA. Nó
được mô tả như là một màu vàng với ánh sáng màu da cam có
chứa dầu và lớn hơn 90% (w / w) của các TAG, với một số
diacylglycerols, axit béo tự do, carotenoids, squalene và
phytosterol. Carotene-được xác định là thành phần carotenoid
chính của phần lipid. Dầu chứa nhiều axit béo, bao gồm cả
EPA (eicosapentaenoic acid) và DPA, cũng như DHA. Tuy
nhiên, DHA là PUFA có nhiều nhất thành phần của dầu. Phân
tích thành phần của các thành phần khác của dầu so sánh
thuận lợi với các điển hình thương mại dầu ăn được. Nhìn
chung, việc khai thác còn lại là dung môi không thể phát hiện,
và không có phát hiện acid béo transt, dư lượng thuốc trừ sâu,
hoặc kim loại nặng như thủy ngân, thạch tín hoặc chì.
- 4. TÍNH AN TOÀN KHI NGHIÊN CỨU
VỀ LIPIT VI TẢO
Nhiều nghiên cứu an toàn đã được thực hiện với các loại dầu
giàu DHA từ tảo và C. cohnii và Schizochytrium sp. Những
nghiên cứu này được thực hiện theo hướng dẫn an toàn của
FDA và thường được đưa ra phù hợp với quy định của FDA
thực hành tốt phòng thí nghiệm. DHASCO oil từ C. cohnii đã
trải qua các nghiên cứu an toàn rộng lớn ở động vật và đã
được chứng minh là không có độc tính cấp tính khi được
dùng ở liều tối đa có thể (20 g / kg trọng lượng cơ thể) để
chuột (Boswell và cộng sự năm 1996.).
Sự an toàn của DHATM-S từ Schizochytrium sp. được dựa
trên sự an toàn của các sinh vật nguồn, sự an toàn của các
thành phần dầu hòa tan trong các nguồn sinh vật, tức là các
axit béo và các thành phần sterol, và một pic của các nghiên
cứu độc tính cổ điển thực hiện trên tảo.
- 5. øng dông
Công thức cho trẻ sơ sinh:
Martek’s oil đã được sử dụng trong công thức trẻ sơ sinh từ
năm 1994 và đến nay nó đã được ước tính trên 24 triệu trẻ
em, trong đó có hơn 500 000 trẻ sinh non, đã được công thức
ăn cho trẻ sơ sinh có chứa life'sDHATM. Hiện nay, dầu
life'sDHA được cấp phép và bán cho 24 nhà sản xuất sữa bột
trẻ em, mà đại diện cho hơn 70% thị trường bán buôn trên
toàn thế giới công thức trẻ sơ sinh.
Nhiều nghiên cứu đã xem xét tác dụng của DHA bổ sung về
chức năng thị giác ở trẻ đủ tháng và thiếu tháng. Birch et al.
(2002) phát hiện ra rằng trẻ sơ sinh được bú mẹ và sau đó
cai sữa công thức có bổ sung DHA và ARA (arachidonic acid)
cho thấy thị lực trưởng thành hơn so với những trẻ bú sữa
mẹ cai sữa công thức không bổ sung.
- 5. øng dông
Trong một nghiên cứu khác, Uauy et al. (1990) ghi nhận tác d ụng
tích cực của DHA về chức năng võng mạc và thị lực ở trẻ sinh non.
Do sự phát triển nhanh chóng của bộ não và mắt của họ, và t ỷ l ệ
tăng trưởng nhanh chóng về thể chất, trẻ thiếu tháng có nhu c ầu
cao cho DHA và ARA.
Ngoài ra, trẻ sinh non đã được chứng minh là có nguy cơ lớn hơn
cho thâm hụt thần kinh, chẳng hạn như khuyết t ật học tập, các v ấn
đề xã hội / hành vi và chỉ số thông minh thấp hơn. Và bởi vì họ có
hệ thống enzyme kém phát triển, khả năng sản xuất hi ệu qu ả DHA
và ARA từ các axit béo tiền thân là có hạn.
Cũng có một số nghiên cứu đã so sánh công thức trẻ s ơ sinh thường
xuyên để công thức có bổ sung DHA và ARA là đ ể có hiệu l ực c ủa
họ phát triển tâm thần. Một nghiên cứu cho thấy trẻ s ơ sinh non
được cho ăn-DHA và ARA-bổ sung chứng minh công thức cải tiến
phát triển thị giác và tinh thần khi so sánh với trẻ sơ sinh ăn không
bổ sung công thức (O'Connor et al. 2001).
nguon tai.lieu . vn
